مهندسی متالورژی

مهندسی متالورژی

تاثیر میزان فوق گداز بر ریز ساختار و خواص کامپوزیت های درجای Al-20Si تهیه شده از روش های ریخته گری ثقلی، سطح شیبدار ساکن و سطح شیبدار لرزان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استاد دانشگاه تهران
2 دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
چکیده
کامپوزیت های هایپر یوتکتیک Al-Si به دلیل چگالی پایین و خواص مکانیکی مطلوب مورد توجه صنایع خودروسازی و هوافضا قرار گرفته اند. ذرات سیلیسیم اولیه که در طی فرآیند انجماد ایجاد می شوند، ساختار درشتی دارند که این ساختار اثرات مخربی بر خواص کامپوزیت دارد. در این پژوهش از فرایند سطح شیبدار لرزان جهت ریخته گری کامپوزیت Al-Si استفاده شده است. شمش کامپوزیتی حاوی 20 درصد وزنی سیلیسیم ذوب شد و در فوق گدازهای 50، 75 و 100 درجه سانتی گراد با استفاده از سه فرایند ریخته گری ثقلی(Gravity Casting, GC)، سطح شیبدار ساکن (Cooling Slope, CS) و سطح شیبدار لرزان (Vibrating Cooling Slope, VCS) در قالب استوانه ای چدنی ریخته گری شد. در این پژوهش، تأثیر فوق گداز بر ریزساختار، تخلخل و سختی نمونه های تولید شده از طریق سه فرآیند مذکور مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین رفتار سایشی برخی از نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش فوق گداز درتمامی نمونه های کامپوزیتی ریخته شده به روش های مختلف سبب افزایش اندازه ذرات سیلیسیم اولیه می شود. نمونه های CS در مقایسه با نمونه های GC و نیز نمونه های VCS نسبت به CS دارای تخلخل بالاتری هستند. در ضمن نمونه های VCS در مقایسه با نمونه های CS و نمونه های CS در مقایسه با نمونه های GC دارای سختی بالاتری هستند. نتایج آزمون سایش نشان داد که کمترین میزان سایش و ضریب اصطکاک برای نمونه های فراوری شده با استفاده از سطح شیبدار لرزان حاصل شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Effect of melt superheat on microstructure and properties of in situ Al-20Si composites prepared via gravity casting, still cooling slope and vibrating cooling slope

نویسندگان English

Farshad Akhlaghi 1
Mohammad Sadegh Sharbafpoor 2
1 North Kargar Ave. Faculty of Engineering, University of Tehran
2 North Kargar Ave.Faculty of Engineering, , University of Tehran
چکیده English

Hypereutectic Al-Si composites due to their low density and desirable properties have attracted a great amount of interest by the automotive and aerospace industries. However, the coarse size and un-modified morphology of the primary silicon particles that usually forms during the solidification of these alloys impose negative effects on the mechanical properties of these composites. Therefore, it is necessary to choose a suitable casting and solidification technique to overcome this drawback. In the present study, the vibrating cooling slope (VCS) technique as a semi-solid casting process was employed for preparation of composites by using the hypereutectic Al-20wt.%Si ingot as the starting material. The ingot melted and superheated at 50, 70 and 100 °C and after passing a cooling slop poured into a cast iron mold. For the purpose of comparison composite samples by using the conventional cooling slope (CS) and gravity casting (GC) also prepared by applying the identical materials and superheating temperatures as the VCS samples. The effect of the superheating temperatures on the microstructure, porosity and hardness of the composites investigated. A set of samples subjected to pin-on-disc wear test. The increased superheating temperature resulted in increased size of the Si particles for all the investigated samples. The CS samples despite of their higher porosity exhibited higher hardness values as compared with their GC counterparts. Also the hardness of VCS samples was higher than their CS counterparts. The wear test results confirmed the decreased both the wear loss and friction coefficient for the VCS samples

کلیدواژه‌ها English

In-situ composite
Vibrating cooling slope
Melt superheating
Microstructure
Hardness
Wear
 1-A.C. Marshall, "Composite Basics", T C press, 1998, Vol.5, 20-30.
2- ASM Handbook, "Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials", American Society for Metals, Metals Park, OH, Vol. 10th Edition, 1998, 2, 62-152.
3- S.P. Nikanorova, M.P. Volkova, V.N. Gurina, Yu.A. Burenkova, L.I. Derkachenkoa, B.K. Kardasheva, L.L. Regelb, W.R. Wilcoxb “Structural and mechanical properties of Al–Si alloys obtained by fast cooling of a levitated melt”, Materials Science and Engineering A, 2005, 390, 63–69.
4- http://slideplayer.com/ “1 - Seminar: Metallography of casting alloys and metallurgical defects Fundamentals of solidification.
5- C. Li, Y.Y. Wu, H. Li and X.F. Liu , “Morphological eVolution and growth mechanism of primary Mg2Si phase in Al–Mg2Si alloys”, Acta Materialia, 2011, 59, 1058–1067.
6- S. Goto, Y. Komatsu and S. Aso, “Analysis of Slurry-Erosion Behavior in Silicon Particles Dispersed Al-Si Binary Alloys”, Society of Materials Engineering for Resources of Japan, 2004, 17, 13-19.
7- K. Wang, Z.M. Zhang, T. Yu, N.J. He and Z.Z. Zhu, "The transfer behavior in centrifugal casting of SiCp/Al composites", Materials Processing Technology, 2017, 242, 60–67.
8-G. Chirita , I. Stefanescu , D. Cruz , D. Soares and F.S. Silva , “Sensitivity of different Al–Si alloys to centrifugal casting effect”, Materials and Design, 2010, 31, 2867–2877.
9- Z.Fan, "Semisolid Metal Processing", International Materials Reviews, 2002, 47, 1-37.
10- D. Lu, Y. Jiang, G. Guan, R.Zhou, Z. Li and R. Zhou, “Refinement of primary Si in hypereutectic Al–Si alloy by electromagnetic stirring”, Materials Processing Technology, 2007, 189,13–18.
 11- H.R. Kotadia and A. Das,” Modification of solidification microstructure in hypo- and hyper-eutectic Al–Si alloys under high-intensity ultrasonic irradiation”, Alloys and Compounds, 2015, 620, 1–4
12- K. Sukumaran, B.C. Pai and M. Chakraborty," The effect of isothermal mechanical stirring on an Al–Si alloy in the semisolid condition", Materials Science and Engineering A, 2004, 369, 275–283.
13- M. Ramadan and N. Fathy “Microstructure of Hyper-Eutectic Al–Si alloy Processed in Semi-Solid State” , International Journal of Research in Engineering and Technology (IJRET), 2012, 1, 238-241.
14- F. Wang, Y. Ma, Z. Zhang, X. Cui and Y. Jin,"A comparison of the sliding wear behavior of a hypereutectic Al–Si alloy prepared by spray-deposition and conventional casting methods", wear, 2004, 256, 342-345.
15- N. Raghukiran and R. Kumar "The role of the bimodal distribution of ultra-fine silicon phase and Nano-scale V-phase(AlSi2Sc2) on spark plasma sintered hypereutectic Al–Si–Sc alloys" , Materials Science & Engineering A, 2016, 657, 123–135.
16- آ. طغانی، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران 1388
17- F. Akhlaghi and A. Taghani, “ Development of Vibrating Cooling Slope (VCS) Method for Enhancing a Globular Structure in Aluminum A356 Alloy”, Proceedings of the 12th International Conference on Aluminum Alloys, September 5-9, 2010, Yokohama, Japan, pp. 1839-1844.
18- ش .صفاری، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشکدگان فنی دانشگاه تهران، 1392
19- R.G. Guan, F.R. Cao, L.Q. Chen, J.P. Li and C. Wang, “Dynamical solidification behaviors and microstructural evolution during vibrating wavelike sloping plate process”, Mat. Proc. Tech., 2009, 209, 2592-2601.

  • تاریخ دریافت 31 فروردین 1403
  • تاریخ بازنگری 03 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 11 تیر 1403